利用膜进样质谱同时测定河流沉积物反硝化和厌氧氨氧化

为深入了解水体脱氮过程及机理,结合膜进样质谱(MIMS)和15N同位素配对技术(15N IPT)测定太湖地区西部六条河流沉积物的反硝化和厌氧氨氧化潜势,即将15N标记的硝态氮和铵态氮加入到混匀沉积物的上覆水中进行培养,用MIMS直接在线测定培养过程产生的29N2和30N2。结果表明,用MIMS测定29N2和30N2的产生速率是合适的,应用该方法在太湖地区西部研究河流的测定值与已报道的相关研究结果具有可比性。河流沉积物反硝化和总脱氮潜势范围分别为(18.5±2.8)～(133.2±27.1)μmol N·m-2·h-1和(30.0±2.4)～(161.1±30.4)μmol N·m-2·h-1,其中反硝化脱氮贡献率在(61.3±4.5)%～(83.2±2.1)%之间,二者都表现为由研究区域西北部向西南部递减。河流沉积物厌氧氨氧化潜势范围为(10.4±2.3)～(28.0±4.4)μmol N·m-2·h-1,其脱氮贡献率在(16.9±2.1)%～(38.7±4.5)%之间,厌氧氨氧化脱氮贡献率的空间变化趋势与反硝化潜势相反。相关分析显示,沉积物的硝态氮和可溶性有机碳含量是研究区域河流沉积物反硝化和厌氧氨氧化作用的关键影响因子。研究表明,MIMS和15N IPT结合的方法避免了复杂的脱气步骤可能带来的分析误差,同时具有测定直接、所需样品少以及测定速度快等优点,适用于淹水环境反硝化和厌氧氨氧化过程的同时测定,在今后深入开展水体氮循环研究中具有良好的应用前景。研究区域河流沉积物脱氮过程存在显著空间异质性且脱氮过程以反硝化作用为主,但厌氧氨氧化的脱氮作用也不容忽视。     

顺义潮白河再生水受水区反硝化作用初探

以顺义潮白河段再生水受水区为研究对象,沿受水区再生水补给路径布设监测点,利用N_2∶Ar法和膜进样质谱仪(MIMS)直接测定反硝化产物溶解性N_2浓度,计算水-气界面N_2通量,探究N_2通量变化特征和硝酸盐氮沿流向变化的受控因素,概算硝氮转化过程中主要作用的贡献。结果显示:减河段N_2通量为8.92~15.20 mmol N2·m~(-2)·d~(-1),潮白河段N_2通量为17.07~33.01 mmol N_2·m~(-2)·d~(-1)。NO_3~--N含量在不同河段的变化主要受控于反硝化作用和浮游植物的同化吸收,其中减河段反硝化作用除氮量和浮游植物同化吸收固氮量分别为0.041 mmol·L~(-1)和0.017 mmol·L~(-1),分别占NO_3~--N变化量的68.33%和28.33%;潮白河段为0.254 mmol·L~(-1)和0.125 mmol·L~(-1),分别占NO_3~--N变化量的63.50%和31.25%。     

温度对农田黑土氮初级转化速率的影响

为探讨不同温度下土壤氮素的供应、固持和消耗损失过程,从而为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以黑龙江省农田黑土为对象开展室内培养试验(15、25、35℃,60%WHC),采用15N同位素成对标记技术(~(15)NH_4NO_3和NH415NO3,15N标记丰度为5atom%,氮浓度为60 mg N·kg~(-1))及FLUAZ数值优化模型研究土壤氮初级矿化速率、初级固定速率和初级硝化速率对温度变化的响应。结果表明:在15～35℃范围内,土壤氮初级矿化速率随培养温度的增加显著增加,但25～35℃范围内的增幅小于15～25℃。在15～25℃范围内,土壤氮初级固定速率和初级硝化速率随培养温度的增加显著增加,而在25～35℃范围内土壤氮初级固定速率和初级硝化速率随培养温度的增加显著降低,但仍然显著高于15℃处理。15℃和25℃处理土壤氮初级矿化速率与初级固定速率比值(gm/gi)以及初级硝化速率与初级铵态氮固定速率比值(gn/ia)均稍大于1,两处理间没有显著差异,而35℃处理的gm/gi值和gn/ia值均远大于1。研究表明,温度在15～25℃范围内,土壤有机氮的矿化与固定过程耦联相对紧密,硝态氮累积及淋溶风险较小;而35℃高温条件下土壤有机氮矿化速率和硝化速率均显著大于铵态氮的生物固定速率,表明硝化作用是铵态氮的主要消耗过程,可能会增加硝态氮的累积、反硝化和淋溶风险。     

石灰性农田土壤-水稻系统根际与非根际土氮转化速率差异

为探讨石灰性农田土壤-水稻系统根际与非根际土的氮素转化特征差异,本研究以石灰性紫色土发育而成的水稻土为研究对象,通过采集水稻分蘖期和成熟期的根际与非根际土壤,开展¹⁵N成对标记室内好氧培养试验,并计算土壤各初级氮转化速率。结果表明：水稻分蘖期根际土初级矿化速率（4.45 mg·kg^-1·d^-1）和硝化速率（9.16 mg·kg^-1·d^-1）均显著低于非根际土（P<0.05）;水稻成熟期根际土初级矿化速率（6.75 mg·kg^-1·d^-1）和硝化速率（16.86 mg·kg^-1·d^-1）与非根际土无显著差异,但显著高于分蘖期根际土的初级矿化和硝化速率（P<0.05）。水稻分蘖期NH₄⁺-N固定速率显著高于成熟期,其中,分蘖期根际土NH₄⁺-N固定速率为19.75 mg·kg^-1·d^-1,与成熟期根际土相比增加了42.21%;此外,两个生育期的水稻根际土NO₃^--N固定速率均显著高于非根际土。水稻分蘖期根际土无机氮总固定速率显著大于有机氮矿化速率,有利于氮素的留存和周转,相应地,初级硝化速率显著降低,减少了土壤NO₃^--N损失。研究表明,水稻不同生育期对石灰性水稻土主要氮转化速率的影响具有差异,且这种差异可能受水稻生育期内土壤水分、根系分泌物及无机氮含量变化的调控。     

不同因素对华北地区弱透水层中硝酸盐反硝化作用影响的研究

地下水是人类的主要饮用水源,近年来,人口急剧增加及工农业的快速发展加剧了地下水的开采与利用,同时,过量施肥及农业污水灌溉导致大量硝酸盐(NO_3~--N)通过淋溶等流入地下水中,成为农业灌溉区的主要污染物。水体中过高浓度的NO_3~--N对人群健康及生态平衡的潜在风险不容忽视。目前,反硝化过程是水体中NO_3~--N衰减和去除的重要途经,其主要集中出现在地下水弱透水层的厌氧或准厌氧环境下。NO_3~--N浓度、溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)、微生物等是影响反硝化过程的重要因素。本研究选取华北平原弱透水层/含水层互层分布的典型代表——北京市通州区张家湾镇张家湾村的通州试验场为研究区域,采集不同层深的不同类型的原状土样,通过构建实验室条件下的微宇宙系统,比较NO_3~--N初始浓度、固液比、溶解氧含量、土壤类型及微生物这5个因素对反硝化过程的影响,为确定地下水弱透水层中硝态氮主要的消散场所提供依据。结果表明:(1) NO_3~--N在20 d内会被完全降解,降解过程符合一级动力学,其反硝化反应速率常数为0.06—0.10 d~(-1),在反硝化过程中NO_2~--N和三磷酸腺苷(ATP)的浓度均呈先增大后减小的趋势;(2)对于不同NO_3~--N初始浓度(25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L)及固液比(1∶10、1∶20、1∶30),反硝化速率常数分别为K_(25) K_(50) K_(100),K_(1∶30)K_(1∶20) K_(1∶10);(3)反硝化过程主要发生在准厌氧环境下(DO 0.2 mg/L),而在常氧环境下(DO=5—6 mg/L)基本无反硝化过程发生;(4)不同土壤类型(黏土、沙土、粉土)间的反硝化速率没有显著差异,但是粉土中反硝化过程产物亚硝酸盐的累积量最低、降解最快;(5)微生物是参与反硝化过程的重要因素,在灭菌处理中,基本无反硝化发生。本研究探索了NO_3~--N在弱透水层中的反硝化规律及其主要影响因素,为后续合理评估硝态氮在华北地区地下水中的污染及生态健康风险提供了理论依据。     

水稻土氮素硝化-反硝化损失的直接测定初报

在施用高丰度的~(15)N 标记 KNO_3和(NH_4)_2SO_4的水稻根箱试验中,采用直接测定 N_2+N_2O 释放通量(直接方法)和结合~(15)N 亏缺值(间接法或差值法)的方法,评价了北京和江苏水稻土硝化-反硝化脱氮损失状况。结果表明:施用硝态氮肥时,直接法测得的损失量为施入氮量的10.7%,间接法测得的损失量为87.5%;施用铵态氮肥时,两种方法测得损失量分别为加入量的0.26%～0.32%和38.9%～45.4%。两种方法测得结果表明了江苏和北京水稻土均具有一定的硝化-反硝化活性,差值法测得的硝化-反硝化损失量远高于直接法的测定结果,硝化-反硝化气体在土壤中滞留未能在本试验中得到证实。     

水稻土厌氧氨氧化活性测定的同位素示踪法方法探讨

自然生态系统中的厌氧氨氧化过程是新发现的氮循环途径,已有研究表明水稻土能产生厌氧氨氧化作用,然而目前还鲜有关于水稻土厌氧氨氧化活性测定方法的报道。15N示踪法是定量厌氧氨氧化活性的新方法,根据厌氧氨氧化和反硝化过程原理的不同,该方法可以同时测定厌氧氨氧化和反硝化产生的氮气。本文详细介绍了一种利用稳定同位素标记配对法,通过预培养消耗底物硝酸根后,对反应体系进行三种处理:1)仅加15N-NH4+的阴性对照;2)加15N-NH4+和14N-NO3-的阳性对照;3)仅加15N-NO3-。厌氧培养后分别对三种处理产生的氮气采用稳定同位素质谱仪进行测定,通过数据分析获得厌氧氨氧化活性。本研究建立了水稻土厌氧氨氧化活性测定方法,能较为真实的反应原位条件下水稻土的厌氧氨氧化活性。     

红壤氮转化对土壤水分变化的响应

[目的]土壤水分变化会影响微生物介导的氮转化。探明土壤氮初级转化速率,反映土壤内部氮素动态变化,探索氮转化对土壤水分变化的响应机制。[方法]采用~(15)N成对标记技术,利用数值优化模型,量化不同水分条件(最大持水量的20%、60%、80%、100%)下,有机氮矿化、铵态氮(NH_4~+)微生物同化、自养硝化、异养硝化和硝态氮(NO_3~-)消耗等主要氮转化过程的初级转化速率。[结果]土壤不同氮转化过程对水分变化的响应不同。随土壤含水量上升(从最大持水量的20%升至100%),土壤中易分解有机氮库初级矿化速率(M_(N_(lab)))从1.757 mg·kg~(-1)·d~(-1)增加到2.598 mg·kg~(-1)·d~(-1),难分解有机氮库初级矿化速率(M_(N_(rec)))变化不显著,总初级矿化速率(M,即M_(N_(lab))和M_(N_(rec)))显著上升。初级自养硝化速率(O_(NH_4))随土壤含水量增加而增加,在最大持水量为100%时达到最大值(0.266 mg·kg~(-1)·d~(-1));初级异养硝化速率(O_(N_(rec)))随土壤含水量增加先上升后下降,在最大持水量为60%时达到最大值(0.115 mg·kg~(-1)·d~(-1));土壤在最大持水量为80%和100%时O_(NH_4)显著大于O_(N_(rec)),总初级硝化速率(N,即O_(NH_4)和O_(N_(rec)))随土壤含水量增加而增大。总初级NH_4~+微生物同化速率(I_(NH_4))随土壤含水量增加线性上升,土壤在最大持水量的100 %时达到最大值(1.941 mg·kg~(-1)·d~(-1));初级NO_3~-消耗速率(C_(NO_3))在最大持水量的80%和100%时明显增加,总无机氮消耗速率(I_(NH_4)和C_(NO_3))随土壤含水量增加显著增大,并在最大持水量的80%时超过总氮初级矿化速率。因此,随含水量增加土壤氮净矿化速率先上升到最大值,然后迅速下降为负值。[结论]红壤不同无机氮产生和消耗过程对水分变化的响应不同;适当增加土壤含水量可提高红壤氮素的可利用性。图5表1参48     

红树林沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率的时空变化及环境响应

为研究红树林退塘还林过程对沉积物氮循环速率的影响,使用15N同位素示踪技术研究原生红树林区域（原生区）、修复红树林区域（修复区）和退养鱼塘区域（鱼塘区）3种生境的红树林沉积物反硝化与厌氧氨氧化速率的时空分布特征,并分析影响沉积物反硝化与厌氧氨氧化速率的环境因素。结果表明:1. 不同生境沉积物理化因子存在季节性差异,沉积物反硝化速率具有空间差异。旱季修复区反硝化速率（14.39 nmol·g?1·h?1）与鱼塘区（11.48 nmol·g?1·h?1）相比未有明显差异,但显著高于原生区（8.08 nmol·g?1·h?1）（P<0.05）;雨季修复区反硝化速率（11.67 nmol·g?1·h?1）与原生区（11.29 nmol·g?1·h?1）、鱼塘区（9.62 nmol·g?1·h?1）相比无明显生境差异;不同生境的反硝化速率无明显季节性差异。2. 沉积物厌氧氨氧化速率具有时空差异。旱季不同生境沉积物厌氧氨氧化速率变化趋势与反硝化速率相似:旱季修复区厌氧氨氧化速率（0.52 nmol·g?1·h?1）最高,显著高于原生区（0.10 nmol·g?1·h?1）（P<0.05）;雨季不同生境沉积物厌氧氨氧化速率差异不明显。原生区沉积物厌氧氨氧化速率具有明显的季节差异,雨季明显高于旱季（P<0.05）。对各环境因子与沉积物反硝化速率和厌氧氨氧化速率进行相关性分析发现,沉积物温度、盐度、氨氮、硝氮与不同季节沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率的相关性存在一定差异,不同生境沉积物的温度、氨氮和硝氮与反硝化速率和厌氧氨氧化速率具有明显的相关性,反硝化速率与厌氧氨氧化速率两者在红树林区域存在明显的协同。研究结果为红树林的生态修复和清退工作的效果及阶段评估提供科学支持。     

N2∶Ar 法直接测定淹水环境反硝化产物N2的产生速率

反硝化是活性氮变为惰性氮返回大气的最主要过程,对于控制生态系统氮平衡至关重要,然而反硝化速率的测定,特别是淹水环境的反硝化速率测定一直是一个难题。为深入研究淹水环境反硝化过程及机理,建立了可以模拟原位淹水环境的培养装置,结合可以精确测定水体N2∶Ar（物质的量比）的膜进样质谱仪（MIMS）,实现了直接对原状沉积物反硝化速率的精确测定。实验结果表明,MIMS在长时间（10 h）连续测定情况下仍能保持良好的信号稳定性,水温12 ℃和30　℃标样的N2∶Ar变异系数（CV）分别为0.26% 和0.08%。整个实验体系（培养装置结合MIMS）重复性较好,测得不同NO-3-N浓度处理的3个平行沉积物柱样反硝化速率的CV<9.05%;培养实验所取平行水样标准偏差（SD）<0.1 μmol·L-1,远小于培养期内N2浓度的实际增加量（4.5 μmol·L-1）,说明该系统可以满足对淹水环境反硝化速率的测定要求。应用该方法得到的沉积物反硝化速率与NO-3-N浓度关系符合米氏方程（R2=0.999 2,P<0.000 1）;该方法和NO-3-N消失法测定的结果具有显著的线性关系（R2=0.999 8,P<0.000 1）。表明通过该实验体系所建立的N2∶Ar法在今后深入开展水体氮循环研究中具有良好的应用前景。     

Characteristics of CO2, CH4 and N2O emissions from winter-fallowed paddy fields in hilly areas of South China

With closed static chamber and modified gas chromatograph (HP5890II), the in situ measurements were made on the CO₂, CH₄ and N₂O emissions from winter-followed paddy fields in the hilly areas of South China. Gas samples were taken simultaneously from the fields with and without rice stubble. The results showed that both of the fields had the peak value of CO₂ flux in the later afternoon. In the fields with and without rice stubble, the CH₄ flux was positive in the day time while negative in the night, and the N₂O flux in the day time was 1.79 and 1.58 times as much as that in the night, respectively. The diurnal average CO₂ flux in the plot with rice residue was significantly higher than that of bare plot (P < 0.05). Correlation analysis demonstrated that CO₂ flux in the winter-fallowed paddy fields had significant correlations with soil temperature at a depth of 5 cm, above-ground temperature and air temperature, suggesting that temperature was the main factor affecting CO₂ emission from rice fields after harvesting. During the observation time (from November 10, 2003 to January 18, 2004), the average CO₂, CH₄ and N₂O fluxes in the field with rice residue were (180.69 ± 21.21) mg/m²·h, (−0.04±0.01) and (21.26±19.31) μg/m²·h, respectively. Compared with bare fields, the CO₂ flux in the field with rice residue was 13.06% higher, CH₄ absorption increased by 50%, while N₂O flux was 60.75% lower. It was concluded that the winter-fallowed paddy field in hilly areas of South China was the source of atmospheric CO₂ and N₂O, and the sink of atmospheric CH₄. __________ Translated from Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(1): 57–62 [译自: 应用生态学报]     

不同灌水模式和施氮处理下稻田N2O排放通量及其与硝化-反硝化细菌数量的关系

为获得减少稻田N_2O排放的合适灌溉模式和施氮管理,通过大田试验,研究了不同灌溉方式和施氮处理对生育期内稻田N_2O排放通量和不同时期土壤无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的影响,并分析了采样当天稻田N_2O排放通量与无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的关系。试验设3种灌溉方式,即常规灌溉(CI)、"薄浅湿晒"灌溉(TI)和干湿交替灌溉(DI),以及2种施氮处理,即全部施用尿素(RN1)和50%尿素+50%猪粪(RN_2),2种施氮处理氮用量相同。相同施氮处理下,TI模式可以降低稻田N_2O排放;DI和TI模式土壤无机氮含量、硝化细菌数量和亚硝化细菌数量较CI方式高,而CI和TI模式土壤反硝化细菌数量较DI模式高。相同灌水模式下,RN1处理可显著降低稻田N_2O排放,且RN1处理土壤无机氮含量、硝化细菌数量、亚硝化细菌数量和反硝化细菌数量较RN_2处理低。稻田N_2O排放通量与土壤反硝化细菌、硝化细菌数量和NH_4~+-N含量之间均呈极显著正相关关系(r≥0.309,P0.01),且土壤NH_4~+-N含量与硝化细菌数量和反硝化细菌数量之间也均呈极显著正相关关系(r≥0.555,P0.01)。因此,"薄浅湿晒"灌溉和尿素处理可以降低稻田N_2O排放,且稻田N_2O排放通量受到土壤NH_4~+-N含量、反硝化细菌数量和硝化细菌数量的综合影响。     

黄腐酸钾对植烟土壤氮素转化及N2O排放的影响

为了探究黄腐酸钾对植烟土壤氮素转化以及N2O排放的影响,采用实验室静态培养的方法,通过氮肥配施不同量黄腐酸钾来探究黄腐酸钾对植烟土壤氮转化以及N2O排放的影响。试验设置5个处理:CK,硝酸铵(200 mg N·kg^-1,下同);T1,硝酸铵+2.5 g·kg^-1黄腐酸钾;T2,硝酸铵+5 g·kg^-1黄腐酸钾;T3,硝酸铵+10 g·kg^-1黄腐酸钾;T4,硝酸铵+15 g·kg^-1黄腐酸钾。结果表明:与CK处理相比,添加黄腐酸钾显著降低了土壤中的无机氮含量;当黄腐酸钾添加量≥10 g·kg^-1时,土壤中可溶性有机氮含量显著增加;T1、T2、T3、T4处理的净矿化和硝化速率随黄腐酸钾添加量的增加而减小,且均显著小于CK处理(P<0.05);添加黄腐酸钾显著提高了N2O和CO2的排放速率和累积排放量(P<0.05),N2O和CO2累积排放量随黄腐酸钾添加量的增大而增大。另外,N2O累积排放量与CO2累积排放量之间存在显著的正相关关系(R2=0.97,P<0.001)。分析表明,添加黄腐酸钾促进了微生物对氮素的净同化作用,能够显著降低土壤中的无机氮含量。另外,添加黄腐酸钾也刺激了反硝化作用,提高了N2O累积排放量。CO2累积排放量可作为量化N2O累积排放量的辅助指标。     

Influences of nitrogen fertilizer application rates on radish yield, nutrition quality, and nitrogen recovery efficiency

Radishes (Raphanus sativus L.) were grown in plastic pots in a screenhouse to investigate the influences of nitrogen fertilizer application rates (NFAR) on yield, nitrate content, nitrate reductase activity (NR), nutrition quality, and nitrogen recovery efficiency (NRE) at commercial mature stage. Five N-rate treatments, 0.644, 0.819, 0.995, 1.170, and 1.346 g·pot⁻¹, were set up in the screenhouse pot experiments, and nitrogen fertilizer (unlabeled N and ¹⁵N-labeled fertilizer) was applied as basal dressing and topdressing, respectively. The results indicated that the fresh and dry weight yields of radish increased with the increase of NFAR at the range of 0.099 to 0.180 g N·kg⁻¹ soil, decreased at 0.207 g N·kg⁻¹ soil, and accordingly there was a significant quadratic relationship between the fresh and dry weight yields of radish and the NFAR. At the high addition of urea-N fertilizer, the nitrate content accumulated in the fleshy roots and leaves due to the decline in NR activity. From 0.644 to 0.819 g N·pot⁻¹ NR increased most rapidly, the highest NR activity occurred at 0.819 g N·pot⁻¹, and the lowest NR activity happened at 1.346 g N·pot⁻¹. Soluble sugar and ascorbic acid initially increased to the highest value and then decreased, and, contrarily, crude fiber rapidly decreased with the increase of NFAR. Total N uptake (TNU), N derived from fertilizer (N_dff), and N derived from soil (N_dfs) in radish increased, except that N_dfs relatively and slightly decreased at the rate of 0.207 g N·kg⁻¹soil. The ratio of Ndff to TNU increased, but the ratio of Ndfs to TNU as well as NRE of N fertilizer decreased with the increase of NFAR. Therefore, the appropriate NFAR should be preferably recommended for improving the yields and nutrition qualities of radish and NRE of N fertilizer. These authors contributed equally to this work     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

UV-B辐射增强对稻田土壤氮转化的影响

本文旨在探讨UV-B辐射增强对稻田土壤氮转化的影响。在元阳梯田原位种植当地传统水稻品种——白脚老粳,研究UV-B辐射增强(0、2.5、5.0 k J·m~(-2)和7.5 k J·m~(-2))对水稻生长期稻田土壤氮转化相关酶活性、无机氮含量及N_2O排放量的影响。结果表明:5.0 kJ·m~(-2)UV-B辐射增强处理导致水稻分蘖期和孕穗期土壤亚硝酸还原酶、脲酶活性显著降低;孕穗期时所有处理亚硝酸还原酶活性显著高于其他时期,分蘖期时所有处理脲酶活性显著高于其他时期;与对照相比,3个UV-B辐射增强处理导致成熟期硝酸还原酶、蛋白酶活性显著增加;孕穗期时2.5、5.0、7.5 k J·m~(-2)UV-B辐射增强处理硝酸还原酶活性显著高于其他时期,分蘖期时所有处理蛋白酶活性显著高于其他时期的相同处理。2.5 k J·m~(-2)UV-B辐射增强处理在水稻整个生育期中,除拔节期外NH_4~+-N含量均显著降低,5.0 kJ·m~(-2)UV-B辐射增强处理导致稻田土壤NO_3~--N含量在整个水稻生育期显著升高。UV-B辐射增强显著降低拔节期和孕穗期N_2O排放通量,成熟期则显著增加。相关分析发现,稻田土壤N_2O排放通量与NH_4~+-N含量呈极显著正相关,而NH_4~+-N含量与NO_3~--N含量及脲酶活性呈极显著正相关(P0.01)。从水稻生长的生育期来看,UV-B辐射提高了土壤硝酸还原酶、蛋白酶活性,抑制了亚硝酸还原酶、脲酶活性,促进了NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,从而抑制了拔节期、孕穗期N_2O的排放。     

添加生物黑炭对茶园土壤CO2、N2O排放的影响

采用室内培养试验,研究了不同生物黑炭施用量对两种茶园土壤(红壤和黄壤)CO₂、N₂O排放特征的影响。生物黑炭用量设5个水平:H0(0 g·kg^-1)、H1(3.56 g·kg^-1)、H2(7.11 g·kg^-1)、H3(14.22 g·kg^-1)、H4(28.44 g·kg^-1).结果表明:红壤茶园土壤CO₂排放量显着高于黄壤,N₂O排放总量则低于黄壤;与H0处理相比,施用低量的生物黑炭(H1)对两种茶园土壤CO₂排放无显着影响;高量的生物黑炭处理(H3、H4)则显着增加土壤CO₂排放量,增幅为20%~47%(P<0.05).生物黑炭施用后(H2、H3、H4)明显降低两种茶园土壤N₂O释放速率及反硝化损失率,土壤N₂O排放总量降幅为37%~63%(P<0.05),反硝化损失量降幅22%~54%(P<0.05),且均随着生物黑炭施用量增加而增大。此外,从土壤pH值、无机氮含量和硝化率角度,探讨了生物黑炭影响茶园土壤CO₂和N₂O排放的因素。     

减量施氮对雨养区春玉米产量和环境效应的影响

通过3年田间试验,研究了减量施氮(N)对雨养区春玉米产量、温室气体排放、土壤硝态氮(NO_3~--N)残留的影响。试验于2013年4月至2015年9月在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站进行,供试作物为春玉米,半覆膜种植,设常规施氮(N200)和减量施氮(N150)2个处理,定期测定土壤矿质N和氧化亚氮(N_2O)气体含量。结果表明:虽然N150处理较N200处理施N量减少了25%,但玉米产量无显著变化(P0.05),三年平均为13.4(N200)、13.3(N150)t·hm~(-2);N150处理N2O累积排放量较N200处理降低24.3%;N200处理0~200 cm土壤剖面NO_3~--N残留量平均为210.2 kg·hm~(-2),N150处理则低至115.1 kg·hm~(-2);N200和N150处理的生育期耗水量差异不显著(P0.05)。在渭北雨养农业区,春玉米在常规施N的基础上减量25%,不仅能维持作物产量,还能有效降低N_2O排放和NO_3~--N的残留。     

西南喀斯特地区轮作旱地土壤CO2通量

中国已承诺大幅降低单位GDP碳排放,农业正面临固碳减排的重任。西南喀斯特地区环境独特,旱地面积占据优势比例,土壤碳循环认识亟待加强。以贵州省开阳县玉米-油菜轮作旱地为研究对象,采用密闭箱-气相色谱法对整个轮作期土壤CO₂释放通量进行了观测研究,结果表明:(1)整个轮作期旱地均表现为CO₂的释放源。其中油菜生长季土壤CO₂通量为(178.8±104.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,玉米生长季为(403.0±178.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,全年平均通量为(271.1±176.4) mg CO₂·m^-2·h^-1, 高于纬度较高地区的农田以及同纬度的次生林和松林;(2)CO₂通量日变化同温度呈现显著正相关关系,季节变化与温度呈现显著指数正相关关系,并受土壤湿度的影响,基于大气温度计算得出的Q₁₀为2.02,高于同纬度松林以及低纬度的常绿阔叶林;(3)CO₂通量与土壤pH存在显著线性正相关关系,显示出土壤pH是研究区旱地土壤呼吸影响因子之一。